随着世界经济的飞速发展,对能源的需求日益增加,油气工程得到了快速发展,同时使油气工程用钢在全世界范围内进入了一个高速发展的时期。油气工程用钢由于其使用环境的特殊性,对钢材的服役性能具有较高的要求。细晶粒钢以其高强高韧性得到了良好的应用,但由于细晶粒钢晶粒细小,在焊接热循环过程中,晶粒具有长大的趋势,采用传统的熔化焊等焊接工艺更易出现热影响区晶粒粗化,降低接头质量。因此,拟采用固相焊接工艺,摩擦焊接作为一种典型的固相焊接,具有焊接热影响区窄、焊接质量好、焊接效率高等显著优点,在航空航天、汽车、石油钻杆焊接等领域得到了广泛的应用。论文首先采用不同的油气工程用细晶管材X100及某90钢级油井管材进行了摩擦焊接适用性研究,发现实验用两种油气工程用细晶管材对固相摩擦焊焊接工艺的适用性较好,形成的焊接接头性能可以和母管匹配,满足要求;其次对摩擦焊形成机理进行了分析,发现摩擦焊接过程中存在动态再结晶现象,在热力耦合作用下,发生位错滑移,导致晶体发生塑性流动,热塑性区金属原子发生扩散,从而实现摩擦焊物理界面的结合;然后以X100作为主要研究对象,对其摩擦焊工艺参数进行了优化试验,以获取强度值最大为试验指标,所得最优工艺参数为:转速1000 r/min、摩擦压力170 MPa、顶锻压力255 MPa、缩短量7 mm。最后,为了对油气工程用细晶管材摩擦焊焊接接头的组织性能进行更加深入的研究,以X100作为主要研究对象,对接头焊后热处理工艺进行了研究,结果表明:热处理后的X100摩擦焊焊接接头,组织发生再结晶,晶粒细化,热力影响区流线型特征基本消失,组织性能更为均匀;随着回火温度的升高,焊接接头硬度不断下降,当回火温度为600℃时,焊接接头硬度值变化幅度最小,约在233HV-243HV之间,接头各区域硬度近乎等于母材硬度,性能最为均匀,与母管匹配度高。